«Техэксперт»: SMART-стандарты — основа для создания цифровых двойников

Несмотря на санкционное давление, Четвёртая промышленная революция в России продолжается — и продолжают развиваться присущие Индустрии 4.0 технологии. Эксперты Консорциума «Кодекс» предлагают свой, сфокусированный на нормативных и технических документах взгляд на цифровые двойники — и рассказывают, как существующие и перспективные решения на цифровой платформе «Техэксперт» способны помочь в их создании и применении.

Если обратиться к национальным стандартам, прямо или косвенно регламентирующим применение цифровых двойников, откроется типичная для любой системы стандартизации картина: все они трактуют термин «цифровой двойник» по-разному. В частности, это относится к первому в мире национальному стандарту на цифровые двойники изделий ГОСТ Р 57700.37-2021, действующему с 1 января 2022 года, и более раннему ГОСТ Р 57700.21-2020 «Компьютерное моделирование в процессах разработки, производства и обеспечения эксплуатации изделий. Термины и определения». В документах, где речь идёт о цифровых двойниках другого типа — не изделий, а производства, зданий и сооружений, городской инфраструктуры и т. д. — определения разнятся ещё сильнее.

Но у всех трактовок цифрового двойника есть объединяющий признак: они подчёркивают, что цифровой двойник отражает объект не в статике, а в динамике. В грубом приближении можно сказать, что цифровой двойник — это динамическая разновидность информационной модели (такую трактовку подтверждают документы, посвящённые информационным моделям зданий на стадии эксплуатации, например СП 480.1325800.2020). Обычно подразумевается, что динамику цифровому двойнику обеспечивает т. н. цифровая тень — совокупность показаний с датчиков (физических, размещённых на объекте, или виртуальных, передающих данные с цифрового полигона), цифровой слепок объекта, существующего в реальной или симулированной физической среде. В профессиональном сообществе существует дискуссия об объёме необходимых данных в цифровых тенях, но принципиально вопрос об их использовании не стоит: информация о том, «как всё есть на самом деле», как объект меняется под воздействием окружающей среды и как воздействует на неё сам, необходима для использования цифрового двойника.

С другой стороны, цифровой двойник обязательно содержит целевые показатели — информацию о том, «как должно быть». Это исходные требования к объекту: нормативные, взятые из внешних документов; функциональные, отражающие цели и задачи, ради которых создаётся объект; ресурсные, связанные с доступными на рынке материалами и финансовыми ограничениями, и т. д. Все эти требования должны содержаться в информационной модели, которая является контентным ядром цифрового двойника. Но вводятся они туда вручную или с помощью импорта из разрозненных источников без сохранения связи. Таким образом, контентное ядро цифрового двойника остаётся зафиксированным на момент введения исходных данных — и может изменяться только вручную.

Совокупность всех исходных требований к объекту можно назвать «нормативным цифровым двойником», «цифровым техническим эталоном», «онтологической моделью изделия» — единого термина пока нет, и он сейчас не важен. Важно другое: для эффективной работы цифрового двойника этот его компонент тоже должен быть динамическим. Аргументация здесь проста: можно теоретически допустить, что за время разработки, возведения и эксплуатации объекта не поменяются функциональные и ресурсные требования, но нормативные требования поменяются гарантированно. Во избежание судебных исков, штрафов и более серьёзных последствий изменения нужно учитывать. Конечно, можно вносить их вручную — но в свете цифровой трансформации экономики делать ставку на «ручной труд» высококвалифицированного эксперта не стоит. Хотя бы потому, что возрастание объёмов использования цифровых двойников быстро упрётся в потолок физических и когнитивных возможностей человека-специалиста.

Консорциум «Кодекс» уже более 30 лет занимается цифровизацией связанных с нормативной и технической документацией бизнес-процессов, и его эксперты солидарны с одним из тезисов Индустрии 4.0: всё, что можно доверить машине, нужно доверить машине, а квалифицированного специалиста освободить для более интересных и прорывных задач, требующих творческого синтеза. Для эффективной работы цифровых двойников получение данных из документов — как внешних, так и внутренних — следует автоматизировать. Это позволит, с одной стороны, оперативно и своевременно отслеживать изменения в документах-источниках и избегать нарушений. С другой стороны, проектировщику не придётся при любом изменении заново анализировать документы и вносить правки вручную — что повлияет как на коррекцию уже существующих цифровых двойников и связанных с ними объектов, так и на создание новых. Иными словами, цифровые двойники станут доступней — и гораздо больше компаний и проектов смогут себе их позволить.

Автоматически добавлять и обновлять в рамках цифрового двойника исходные требования и содержащиеся в них параметры можно только в том случае, если эти требования и параметры переведены с естественного языка на машинопонимаемый. Причём содержаться эти машинопонимаемые требования должны в самом нормативном документе — и с ним у цифрового двойника должна быть налажена связь. Способом обеспечить такую связь может быть, например, классификация требований и параметров, соединяющая различные типы данных.

Для закрытия перечисленных потребностей необходимы цифровые документы нового уровня, содержащие как человеко-, так и машиноориентированные данные. В классификации ИСО/МЭК такие стандарты называются SMART (Standards Machine Applicable, Readable and Transferable) и занимают четвёртый, верхний уровень цифровой зрелости стандартов.

Сейчас стандартизаторы всего мира ищут ответ на вопрос, что должны представлять собой SMARTстандарты. В России для этой цели в 2021 году создан Проектный технический комитет «Умные (SMART) стандарты» (ПТК 711), который возглавили Российский институт стандартизации (ФГБУ «РСТ») и АО «Кодекс», головная компания одноимённого Консорциума.

Закрепить SMART-стандарты в национальной системе стандартизации очень важно: российским предприятиям это позволит легитимно использовать такие документы как официальный источник информации, проходить с их помощью аудиты и сертификации, а техническим комитетам — создавать новые стандарты уже в SMART-формате. ПТК 711 призван дать толчок новому направлению стандартизации, создать и поддерживать нормативную и методологическую базу для SMART-стандартов — а дальше наступает черёд профильных технических комитетов. Со стандартами на цифровые двойники ситуация аналогичная: упомянутый выше ГОСТ Р 57700.37- 2021 описывает лишь общие положения создания и разработки цифровых двойников изделий. В тексте стандарта есть уточнение: на его основе «допускается разрабатывать стандарты, устанавливающие требования к цифровым двойникам изделий различных отраслей промышленности с учётом их специфики». Вероятно, техническим комитетам, которые возьмутся за собственную разработку SMART-стандартов, следует скоординировать её с разработкой стандартов на цифровые двойники и другие системы, являющиеся потребителями машинопонимаемых данных. Координация позволит лучше понять, какие именно данные следует добавить в каждый конкретный стандарт.

Работая над нормативным и методологическим обеспечением базы SMART-стандартов в рамках ПТК 711, эксперты Консорциума «Кодекс» параллельно развивают технологическую базу для создания и применения таких документов на цифровой платформе «Техэксперт». Причём развивают уже много лет: задолго до появления самого термина «SMART-стандарт» документ в профессиональных справочных системах (ПСС) «Кодекс» и «Техэксперт» представлял собой не единичный файл, а контейнер с самыми разными слоями данных. Часть этих слоёв является просто вложениями в различных форматах, на других, машиноинтерпретируемых слоях базируются «умные» сервисы систем: интеллектуальный и атрибутный поиск, контроль статуса документа, сравнение редакций, система перекрёстных гиперссылок и т. д.

Для пользователей различных ПСС "Кодекс"/"Техэксперт" многослойность документов — не новость. Они знают: если открыть любой документ в ПСС «Кодекс» или «Техэксперт», то кроме текста с проставленными гиперссылками, который пользователь видит сразу, доступны ещё несколько вкладок: «Скан-копия», где можно ознакомиться с оригиналом документа, «История документа», где можно найти его «предшественников», «Редакции», где отражены все изменения в тексте документа, сервисы «Ссылается на» и «На него ссылаются», термины и т. д. И хотя по формальным признакам нынешний уровень цифровой зрелости документов в ПСС "Кодекс"/"Техэксперт" находится между 2 и 3, активные пользователи систем уже готовы к переходу на 3 и даже 4 уровень, то есть к SMART-стандартам.

Кроме машиноинтерпретируемого контента и программных средств его обработки большую роль в построении «умных» сервисов играет единая цифровая среда всех документов ПСС. Каждому отдельному предприятию также важно объединить в одном пространстве внешние и внутренние нормативные и технические документы — поскольку первые являются базой для вторых. Для этой цели Консорциум «Кодекс» создал Систему управления нормативной и технической документацией (СУ НТД) «Техэксперт». СУ НТД не только позволяет связать внутренние документы с внешними с помощью гиперссылок, но и даёт удобные инструменты для работы с документами предприятия на каждом этапе их жизненного цикла. Это позволяет повысить качество самих документов и связанных с ними бизнес-процессов, обеспечить слаженность работы над документами и ускорить их прохождение по всем этапам.

Но есть у СУ НТД «Техэксперт» и ещё одна функция, которая делает внедрение системы (или хотя бы отдельных её подсистем) необходимым шагом на пути развития SMART-стандартов. СУ НТД позволяет поддерживать внутренние документы на одном технологическом уровне с внешними, создавать документы в виде контейнера данных. И если в таком контейнере есть не только сканкопия оригинала, но и полнотекстовый слой со специализированной разметкой тегами, то документ подходит для дальнейшей работы с требованиями. Переход от управления документами к управлению содержащимися в них требованиями необходим для повышения цифровой зрелости стандартов до 3 и последующих уровней.

В самой работе с требованиями ничего инновационного нет: руководствуясь тем или иным документом в своей профессиональной деятельности, де-факто мы выполняем отдельные его требования — зачастую лишь пять-шесть из сотни, только те, что относятся к нашим непосредственным обязанностям. Выделение нужных требований из массива документов — это естественный рабочий процесс, который для повышения эффективности требует удобных инструментов. В ответ на многочисленные запросы клиентов Консорциум «Кодекс» несколько лет назад занялся разработкой программных решений для управления требованиями.

Однако практика показала, что психологически естественный переход от работы с документами к работе с отдельными требованиями требует серьёзной трансформации бизнес-процессов, сфокусированных на документе. Так появилась концепция целой линейки продуктов для работы с требованиями, рассчитанных на разный уровень вовлечения и подготовки пользователей: от готовых реестров нормативных требований до полноценных систем управления требованиями.

Реестры нормативных требований (РНТ) позволяют получить все нормативные требования федерального уровня из какой-либо области в едином окне. Такие реестры составляются из документов, доступных в ПСС, и поддерживаются в актуальном состоянии силами экспертов Консорциума «Кодекс». Кроме просмотра текстов требований в реестрах будет доступен интеллектуальный и атрибутный поиск, в том числе по кодам отраслевых классификаторов, сортировка, сохранение в пользовательские папки, история изменений, а также контроль актуальности. Со временем пользователи РНТ получат доступ ко всем сервисам из систем «Кодекс» и «Техэксперт», которые сейчас применяются только к целым документам.

Первый РНТ пользователи увидят в деле уже этой осенью — это реестр, содержащий требования Технического регламента о безопасности зданий и сооружений, доступный в рамках продукта «Техэксперт SMART: Проектирование». Все требования реестра снабжены кодами Классификатора строительной информации (КСИ), что облегчает поиск и навигацию. Документы, из которых были выделены требования, получат в рамках системы дополнительный слой — вкладку «Требования». Такие документы в полной мере можно считать достигшими 3 уровня цифровой зрелости по классификации ИСО/МЭК.

Дальнейшее движение к четвёртому уровню обеспечивает уже Система управления требованиями (СУТр) «Техэксперт». Она позволяет не только собирать все необходимые требования из внешних и внутренних документов в едином окне, но и полноценно управлять ими. В СУТр можно составлять из требований как «плоские» реестры, так и полные конфигурации изделий с иерархией любой степени разветвлённости, классифицировать и атрибутировать требования, устанавливать между требованиями взаимозависимости (трассировка), создавать новые ревизии (редакции), обсуждать и утверждать требования, снабжать каждое требование вложениями (чертежи, 3D-модели, программный код). Иными словами, в рамках СУТр «Техэксперт» каждое требование превращается в отдельный маленький документ и наравне с классическими функциями по управлению требованиями получает те же сервисы, что есть у документов в ПСС и СУ НТД. Существуют и уникальные возможности: разные виды зависимостей между требованиями и аналитика на их основе, возможность прикрепить требования к разным частям 3D-модели для облегчения навигации, снабжение требований формализованными параметрами и дальнейший экспорт требований во внешнее ПО — как в человеко-, так и в машиночитаемом виде. Документ в формате отдельных требований, которые одновременно сохраняют связь с источником и получают дополнительные, в том числе машинопонимаемые слои, вплотную приближается к тому, чтобы называться SMART-стандартом.

Кажется, на цифровой платформе «Техэксперт» есть все инструменты для создания SMARTстандартов, документов четвёртого уровня цифровой зрелости: от постоянно актуализируемой нормативной базы в ПСС до инструментов тонкой настройки в СУТр. Это правда: работать над созданием новых или переводом уже имеющихся документов в SMART-формат стандартизаторы могут уже сейчас — тем более дело это в любом случае трудоёмкое, как создание любого качественного интеллектуального продукта.

Однако пока распространение и использование SMART-стандартов может носить только локальный характер — из-за того, что представляет собой параметризация требований. Самый очевидный способ сделать параметры машинопонимаемыми — выделить их из требований (таблиц, чертежей, рисунков, текста) как отдельные сущности в рамках информационной системы. Далее сформированному параметру присваивается набор характеристик (название, значение, условия, единицы измерения, допустимые погрешности и т. д.), а каждой характеристике — код того или иного классификатора. Причём храниться эти коды должны централизованно в НСИ/PDM/MDM-системе (платформа «Техэксперт» располагает собственной Системой управления нормативно-справочной информацией). Под задачу параметризации требований можно создать новый классификатор с нуля, использовать уже имеющийся на предприятии или взять более универсальный. Последний вариант предпочтительней, поскольку главная проблема параметризации требований — не кодирование, а корректное считывание этих кодов внешними приложениями. Когда вы кодируете требование с помощью классификатора и отправляете в стороннее ПО, у принимающей системы должен быть не только доступ к кодам классификатора, но и инструкции по их обработке.

Обеспечить и то и другое тем сложнее, чем шире охват: возможно на уровне отдела или небольшого предприятия при условии общего доступа к НСИ-системе, сложно в рамках холдинга и невозможно в пределах отдельной отрасли и тем более всей экономики. Частично эту проблему решают отраслевые классификаторы, но если речь идёт о строительстве сложного объекта (например, атомной электростанции), информационным системам приходится обмениваться требованиями и параметрами из самых разных областей. Для реализации такого рода обмена нужен классификатор, сравнимый по охвату с европейским ECLASS, а по степени проработки — со Словарём общих данных МЭК (IEC CDD). Общепризнанных классификаторов такого масштаба в России нет — ни на отраслевом, ни на глобальном уровне.

Прямо сейчас параллельно с развитием имеющихся программных инструментов и созданием архитектуры для будущих SMART-стандартов, Консорциум «Кодекс» планирует проведение исследований, формирование методологии и создание пилота глобального классификатора продукции, её свойств и характеристик. Это большая работа, требующая участия экспертов из всех заинтересованных отраслей, поскольку именно им в дальнейшем предстоит использовать SMARTстандарты — для работы с цифровыми двойниками и других высокотехнологичных задач.

Однако не только цифровым моделям и цифровым двойникам нужны SMART-стандарты — есть и обратная зависимость: в будущем цифровые двойники тоже будут влиять на развитие системы стандартизации. Эксперты немецких организаций по стандартизации DIN и DKE в своей публикации «Сценарии по цифровизации стандартизации и стандартов» (нем. Whitepaper. Szenarien zur Digitalisierung der Normung und Normen) прогнозируют появление в течение ближайших десяти лет нового, 5 уровня зрелости цифровых стандартов. Предполагается, что качество машинопонимаемого и машиноисполняемого содержимого таких стандартов, а также развитие обслуживающих их SMART-систем позволит актуализировать и даже формировать новые документы по стандартизации без активного участия человека. Данные, собранные в результате применения действующих норм, будут аккумулироваться и обрабатываться информационной системой с искусственным интеллектом. Она же будет предлагать поправки в стандарт, опираясь на реальную практику, а также анализ и сопоставление всех нормативных данных, объёмы которых недоступны для анализа человеком. Эксперту останется только верифицировать и принять такие поправки — после чего они будут имплементированы в документы автоматически.

В исследовании немецких стандартизаторов нет прямых указаний на то, что для создания и обновления стандартов 5 уровня цифровой зрелости нужны цифровые двойники. Но если сравнить требования к цифровым двойникам, с которых началась эта статья, и требования к системе стандартизации 5 уровня, приведённые экспертами DIN и DKE в совместном исследовании, станет понятно: цифровые двойники выполняют большую часть работы для автоматизированного обновления документов по стандартизации. Качественный цифровой двойник уже собирает и анализирует данные о практике применения нормативных требований (в процессе натурных или виртуальных испытаний, а также длящейся эксплуатации). Остаётся только наладить обмен этими данными между цифровым двойником и информационной системой стандартизации — и новый, ещё более продвинутый уровень цифровой зрелости документов, чем SMART-стандарты, станет ближе. Возможно, на его достижение не понадобится и десяти лет.